一种用于卫星的可消亡燃料供应系统包括加压铝合金箱，其内具有铝合金推进剂管理装置。推进剂管理装置（PMD）可具有本领域已知的任何毛细作用表面张力流体传输特征。用钛基涂层覆盖箱和PMD的选定内表面，以保证燃料供应系统的推进剂润湿性和抗腐蚀能力。
【技术实现步骤摘要】
可消亡的燃料供应系统
技术介绍
卫星燃料箱是复杂的装置，其使用各种措施向航天器的推进系统输送燃料。在零重力或低重力环境中，难以将液体从加压气体中分开以便输送充足量的液体以支持航天飞行需求。通常，用推进剂管理装置(PMD)来执行该过程，所述推进剂管理装置采用表面张カ和毛细作用来传输液体燃料。至关重要的是，箱和PMD材料与液体燃料化学物质(例如肼)是可兼容的且可润湿的。本领域已知，诸如钛和钛合金的材料由于它们与肼以及用于燃料卫星的其他推进剂和氧化剂的高化学兼容性和润湿性而被用于该目的。 对于近地轨道卫星的ー个要求是能够在寿命末期为离轨操作保留足够的燃料。该行动的目的是将航天器定位在受控的重返大气层轨迹中，其允许该航天器落入海洋中，从而减少残骸落入人口密集区域造成的生命和财产损失。不幸的是，如果重返大气层航天飞行的末期失控的话，该最終行动所需的燃料量也可能在其他情况下使得航天器保持运转达高至数年的时间。失控重返大气层的要求是航天器在重返大气层期间焚毁(消亡)，但是可忽略的部分未焚毁。用于消亡程序的设计方案已经强调了用较低熔点材料(例如铝)来替换用较高熔点材料(例如钢和钛)制造部件，以增大重返大气层期间的可消亡性。为此，用于NASA全球降水测量卫星(GPM)的燃料箱已经被设计成使用铝燃料箱和PMD。用于增加GPM部件所用铝合金的化学兼容性和润湿性的特殊表面处理是昂贵的、劳动密集的，并且难以在已完成的箱结构中进行检验。
技术实现思路
在一个实施例中，一种可消亡燃料供应系统具有液体存储箱和推进剂管理装置。所述液体存储箱和推进剂管理装置由铝合金制造。用钛基涂层来涂覆所述推进剂管理装置的表面和所述液体存储箱的内侧表面的选定区域，以保证推进剂的润湿性和对于推进剂的腐蚀防护。在另ー个实施例中，一种制造可消亡燃料供应系统的方法包括首先制造所述燃料供应系统的铝基部件。然后，例如通过焊接或机械紧固来部分地组装和连结所述部件。然后，在通过焊接最终组装所述箱之前，用钛基涂层涂覆箱和部件内侧表面的选定区域。附图说明图I是其内具有推进剂管理部件的推进剂箱的示意图。图IA是海绵状物推进剂管理部件的顶视图的示意草图。图IB是海绵状物推进剂管理部件的侧视图的示意草图。图2是示出了可消亡燃料供应系统的制造步骤的图。具体实施例方式国家和国际协议已经强调了从近地轨道(NEO)重返大气层航天飞行的末期以最少化危险的轨道残骸。受控的重返大气层(由此航天器被送入具有诸如海洋之类的预定着陆点的轨迹中)已经是为公众所接受的惯常做法，以便最小化人员或财产损坏。失控的重返大气层要求航天器在冲击地面之前完全焚毁(消亡)。由于在受控重返大气层期间不必将航天器定位在适当轨迹的取向中而节约的燃料，可消亡的卫星航天飞行可延长高达数年。正是为了上述原因，近来的NASA全球降水測量(GPM)卫星是首个根据“为了消亡的设计”(DfD)规范而进行的设计。在DfD设计中，低熔点金属和其他材料包括了全部结构或者结构的大部分。铝由于其相对低的熔点是有利的。钢和钛卫星部件不会在重返大气层期间消亡。GPM卫星的燃料供应系统包括被加压的复合材料包裹压カ容器(C0PV)、铝箱村里和铝推进剂管理装置(PMD)。在零重力环境中，PMD系统中的燃料传输是通过毛细作用进行的，并且箱和PMD部件能够被推进剂润湿的能力是燃料系统运转的绝对必要条件。不幸的是，肼和其他燃料以及氧化剂在普通清洁铝表面上的润湿性不足以允许铝PMD系统エ作。然而，已经发现了ー个解决方案，在某种铝合金上产生含水的氧化物表面层，其实现了足够的润湿性并且允许铝PMD系统运转。表面处理是昂贵的、劳动密度的并且易损坏的。例 如，暴露于普通“车间气源”可使得表面不可润湿并且可使得GPM PMD在发射之前失效。另夕卜，暴露于处理和测试卫星燃料箱时通常使用的常见化学物质对于含水氧化物涂覆的铝表面而言是破坏性的。最后，无法在箱已经被构造出来之后直接测试经处理的铝表面的润湿性，并且，使用经过类似处理的测试试样是低等的且最低限度上可接受的判定和鉴定过程。本专利技术的一个实施例是在最终组装之前用一薄层钛基涂层来涂覆箱内部和所有内部PMD结构，从而保证推进剂输送系统的可接受的润湿性和抗腐蚀能力。另ー个实施例是仅涂覆PMD及其所有流体连通部件，而不是整个箱衬里。现在将讨论推进剂输送系统的ー个例子。该系统仅仅是一个例子并且不应被看作在任何方面对现在已知的或将要开发的推进剂输送系统进行限制。图I示出了推进剂输送系统10的示意草图。推进剂输送系统10是单推进剂输送系统，其中使用了単一燃料，例如肼。利用燃料和氧化剂的双推进剂系统也经常被使用。输送系统10包括箱12、入口气流管线14、出口液流管线16、推进剂18、叶片20和海绵状物22。叶片20将推进剂18输送到海绵状物22，其中，当推进系统需要时，海绵状物22中所收集和存储的推进剂18被从液流管线16抽取。可消亡推进剂输送系统10优选地由铝合金制造。适合于该目的的铝合金包括但不限于6061,2219和2014合金。在零重力环境中，表面张カ和毛细作用是在诸如卫星的航天器中输送推进剂的必要驱动力。推进剂管理装置的主要功能是在没有气泡的情况下将燃料输送到推进系统。夹带在燃料管线中的气体可导致发动机故障。用于该目的的普通过滤器是钛合金滤网，其中，毛细作用使液体通过滤网，而气泡被留在后面。叶片20可以是简单的薄金属肋条，其对准成垂直于箱壳12，如图I所示。推进剂聚集在叶片20和箱壳12的相交处并且被表面张カ和弯月面力保持就位。收集海绵状物22可以是竖直面板的径向组件。图IA和IB分别是海绵状物22的顶视图和侧视图。以类似的方式，推进剂被表面张カ和弯月面力保持就位并且沿着海绵状物22的整个长度填充虚线圆圈24内侧的区域。其他收集贮器(未示出)是存水弯(trap)和槽器。例如，D. E.Jaekle, Jr.在美国航空航天协会的论文AIAA-91-2172、AIAA-93_1970 和 AIAA-95-2531 中分别描述了叶片、海绵状物、存水弯和槽器。如上所述，本专利技术的一个实施例是用钛基涂层来涂覆燃料供应系统的与推进剂接触的所有表面，以便在航天飞行的整个寿命期间保证润湿性和抗腐蚀能力。优选的钛基涂层是但不限于纯钛和Ti-6A1-4V合金和Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al合金。沉积方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射、电镀以及本领域已知的其他方法。在重返大气层期间，随着铝部件焚毁，薄的钛基涂层变成结构的无关紧要的部件。如上所述，其他实施例是用钛基涂层仅涂覆PMD部件以及流体连通表面，以确保航天飞行期间可接受的燃料供应。对于卫星燃料系统而言，两种箱构造是优选的。一个实施例是容纳推进剂管理装置(PMD)的简单的铝加压箱。另ー个实施例是被复合材料包壳的包裹层围绕的铝加压箱，称为复合材料包裹压カ容器或C0PV。在COPV中，铝箱在本领域中被 称为衬里。图2示出了一种用加压铝推进剂箱和COPV箱来制造可消亡燃料系统的方法。该过程首先获得铝合金材料，优选地为板料(步骤30)。然后，由该板料制造液体推进剂箱壳区段，优选地通过旋压和本领域已知的其他方法进行(步骤32)。箱区段的优选厚度在约O. 9毫米和7毫米之间。适合用于该箱的铝合金本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.21 US 13/0528621.一种可消亡燃料供应系统，包括 用于存储液体推进剂的铝合金液体存储箱； 铝合金推进剂管理装置；和 高度可润湿的且抗腐蚀的钛基涂层，其覆盖所述推进剂管理装置和液体存储箱的选定内表面。2.如权利要求I所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述钛基涂层选自由纯钛和Ti-6A1-4V 合金和 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 合金组成的组。3.如权利要求2所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述钛基涂层是Ti-6A1-4V合金。4.如权利要求3所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述钛基涂层具有从约I微米到约.10微米的厚度。5.如权利要求I所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述钛基涂层通过物理气相沉积、化学气相沉积、溅射、电镀和离子束沉积中的至少ー个来沉积。6.如权利要求I所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述铝合金选自由6061、2219和.2014合金组成的组。7.如权利要求6所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述铝合金是6061合金。8.如权利要求I所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述液体存储箱具有从约O.9毫米到约7毫米的厚度。9.如权利要求I所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述液体推进剂包括单或双推进剂燃料。10.如权利要求9所述的可消亡燃料供应系统，其中，所述单推进剂燃料...
【专利技术属性】
技术研发人员：WH塔特尔，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德公司，
类型：发明
国别省市：
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